涡街流量计常见故障分析与处理

2013-10-09何松泉

淮北职业技术学院学报 2013年2期

王颖，何松泉

（蚌埠机电技师学院，安徽蚌埠 233010）

0 引言

涡街流量计主要用于工业管道介质流体的流量测量，如气体、液体、蒸气等多种介质。其特点是压力损失小，量程范围大，精度高，在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响。无可动机械零件，因此可靠性高，维护量小，仪表参数能长期稳定。涡街流量计采用压电应力式传感器，可在－20℃～＋250℃的工作温度范围内工作。有模拟标准信号，也有数字脉冲信号输出，容易与计算机等数字系统配套使用，是一种比较先进、理想的测量仪器。

1 涡街流量计的工作原理与结构

1.1 工作原理

当流体流动受到一个垂直于流动方向的非流线形柱体的阻碍时，柱体的下游两侧会发生明显的漩涡，成为卡门涡街，涡街的形成与流体雷诺数有关，如图1。

图1 涡街的产生

漩涡分离的频率与流速成正比，与漩涡发生体的宽度成反比，可以用下式表示：

F＝St·V／d

式中F—漩涡分离频率

St—无量纲常数（斯特劳哈尔）

V—漩涡发生体的流速

d—漩涡发生体的迎流面宽度

通过测量漩涡的分离频率便可测出流体流速和瞬时流量。斯特劳哈尔数St是可以通过实验确定的无量纲常数。无量纲常数St与类诺数Re函数关系中的线性部分，即涡街流量计的线性测量范围，检测出频率F即可求得管内流体的速度，再由流速求出体积流量。一段时间内输出的脉冲数与流体的体积之比（流过单位体积流体对应的脉冲数）称仪表系数（K 系数）［1］110－111。

K＝N／Q

式中K—仪表系数（脉冲／m3）

N—脉冲数

Q—流体体积（m3）

用于测量流量的漩涡分离频率随流速变化而变化，不受流体密度和粘度的影响。伴随漩涡分离而产生的压力脉动由压电力敏探头检测出，并在检测电路中被转换成与漩涡频率相对应的脉冲信号，信号转换器将此脉冲信号变换成4—20mA的标准电流信号输出。

1.2 结构

涡街流量计由传感器和转换器两大部分组成，如图2。传感器包括漩涡发生体（阻流体）、检测元件和仪表表体等；转换器包括前置放大器、滤波整形电路、D／A转换电路输出接口电路、端子、支架和防护罩等。

2 常见故障分析和处理措施

2.1 管道有流量仪表无输出

可能造成这种故障的原因和对应的解决办法如下：

（1）可能的故障原因是电源出现故障或供电电源未连接。因此要检测电源电压是否符合要求及电源极性是否正确。如电流输出型涡街流量计，如果出现电源极性接反，输出电流为0mA而不是4mA。

（2）可能的故障原因是连接电缆断线或者接线错误。需要检测线路是否畅通，如有故障，重新接线并检测。

（3）可能的故障原因是供电电源的波纹系数太大。检查时可以用一个滤波电解电容进行试验，一般要求电容≥100μF，50V。

图2 涡街流量计的结构图

（4）可能的故障原因是放大板某级有故障。可以通过观察放大器输入、输出端的波形，或从输人端注入人体感应信号，观察输出端的变化情况。如果输出端没有变化，则说明放大器工作不正常。实际检修中也可以利用现场有的其他类型流量计主板更换进行检查。确定放大极板有故障，应当予以更换。

（5）可能的故障原因是发生体的损坏。检测的方法首先增大流量，把此涡街主板换置同类型涡街流量计上，如排除主板故障，检查发生体。

发生体损坏多出现在蒸汽测量系统中，由于工艺人员打开阀门速度过快，使高温高压水蒸气夹带冷凝水剧烈冲击漩涡发生体，导致其损坏，也就是常说的“水锤”现象。所以要打开导淋排尽冷凝水后再缓慢打开蒸汽阀门，避免损坏漩涡发生体。

（6）可能的故障原因是管道流量过低，没有进入测量范围。可以增大流量看流量计的反应。在靠近流量计的管道旁有规律地连续敲击，无论何种型号的流量计均会出现流量显示。如果被测介质为液体，最好空管试验，因为液体本身就是消振器。故障处理的方法是更换通径小一些的流量计或在工艺条件允许的情况下加大流量。

（7）可能的故障原因是发生体与壳体之间的间隙是否被细微颗粒卡住。该种现象一般出现于正常工作之后，停机又开机。如果是这样，在确认转换放大器及发生体都完好无损的情况下，特别是测量介质又是液体，一般可认为是该种故障。处理的方法是如果生产工艺条件允许，尽可能开大流量，用一木制或橡皮锤子在流量计下部的焊台上垂直敲击，以便高速流体所产生的负压将细微固体颗粒带走。如果现场允许拆卸清洗，可以拆下发生体，但要求熟知流量计的结构，特别是密封垫片及压板螺钉等，一定要严格按使用说明书的要求安装。同时要注意拆卸之后重新安装的发生体，可能会对流量系数带来一些变动，虽然其变化不大，但需要修正。

（8）对照说明书检测参数设置是否有错误，如果有，予以修正。

2.2 通电后无流量但是有输出

（1）检测是否有振动。绝大多数涡街流量计，都具有二维空间的抗振性能。即在流体阻力方向及漩涡升力方向能抗住外界的振动干扰，而在漩涡横向推力方向则不能。如图3。

图3 涡街流量计的二维空间抗振性能

最直接的检测方法是用手感觉管道的震荡。可以采用外部机械消振措施，如用橡胶软接头、垫等消振，用支架固定管道。另外很多厂家在设计涡街流量计的时候也考虑到了防振动的需求，调整一些参数设置也可以减轻振动对测量结果的影响，但要注意这些参数设置对流量计流量上下限的影响。

（2）检测输出是否为50Hz左右的工频干扰，可以用频率计进行检测。处理的方法是选用带屏蔽的电缆重新按规定接线。

（3）检测输出频率为任意恒定频率或者恒定输出电流值，可能的故障原因是放大板损坏，产生自激。处理的方法是更换放大板［2］28－30。

（4）检测流量计附近是否有强电设备或高频干扰。特别是电焊机所产生的高频谐波将会使流量计无流量有信号。

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（5）检测接线腔是否进水。特别是电流输出方式的涡街流量计，正、负接线端子之间由于水的导电而形成旁路电流，可能造成了无流量有信号的现象。

（6）可能的故障原因是放大板的放大倍数或触发灵敏度过高。解决的方法是调试放大倍数和灵敏度，观察对输出的影响，做出必要的调整。

（7）可能的故障原因是管道阀门未彻底关闭，有漏流量。此时需要在现场检查压力和阀门关闭情况。

2.3 流量输出不稳定

（1）可能的故障原因是流量计安装不同心。检测的方法是拆下仪表检查法兰与管道的位置，如果是由于安装不同心引起的，重新安装仪表。

（2）可能的故障原因是直管段不够或者管道内径与仪表内径不一致。需要检测管道内径和仪表内径，有必要时更换仪表安装位置或加长前、后直管段。

（3）可能的故障原因是仪表选型不合适。如果选型有误，常用流量在非线性区，甚至在临界死区附近，那么就可能出现流量波动。在工艺条件允许的情况下，加大流量，如果流量稳定了，则更换通径小一档的流量计。

（4）可能的原因是流体中存在液气、液固或气固两相流。涡街流量计只能测单相流，不能测两相流，这是由漩涡流量计工作原理所决定的。检测时一般凭经验，或根据流体性质及工况压力、温度等来判断是否存在液气、液固、气固两相流。如介质为液氨，轻胫等易挥发液体时，容易出现此类现象。对于液体，如果是液固两相流，一般可在流量计的上游端加装过滤器。如果是液气两相流，则可在流量计的上游端加装消气器。

（6）可能的故障原因是发生体上缠绕有纤维物。如果发生体上缠绕着纤维物，它将大大减弱漩涡的涡漩力，由于漩涡的作用，纤维物随流体摆动，从而造成漩涡的波动，流量显示亦波动。可以拆除检测，清理后重新安装。

（7）可能的故障原因是转换放大器的输入通道损坏一路。由工作原理可知，当一路信号没有之后，信噪比大大下降，背景噪声未衰减进入后面处理，尖峰脉冲将会造成流量显示的不稳定。可以从输入端注入人体感应信号，用以观察输出端的变化情况。实际检修中也可以利用现场有的其他类型流量计主板更换进行检查。确定有故障，应当予以更换［3］1－2。

（8）可能的故障原因是仪表参数设置错误。对照说明书检测各项参数，如有错误重新设置［4］140－141。